改性纳米硅溶胶罩面清漆及其制备方法.pdf

本发明公开了一种改性纳米硅溶胶罩面清漆及其制备方法。解决现有罩面清漆耐水性、耐候性、耐沾污性差，成本高，且施工之后丧失保护涂层能力的问题。本发明由下列重量份的组分组成：乳液20-35份、纳米硅溶胶15-35份、去离子水40～50份、润湿剂0.1～0.3份、成膜助剂1～2份、防冻剂1～2份、防腐杀菌剂0.05～0.1份。本发明通过乳液、不同乳胶比（乳液与纳米硅溶胶的比值）成功解决改性纳米硅溶胶罩面清漆易破乳，凝胶而导致的不具有施工应用的难题，具有良好的贮存稳定性。

权利要求书
1.  改性纳米硅溶胶罩面清漆，其特征在于，所述清漆由下列重量份的组分组成：
乳液                                20-35份
纳米硅溶胶                          15-35份
去离子水                            40～50份
润湿剂                              0.1～0.3份
成膜助剂                            1～2份
防冻剂                              1～2份
防腐杀菌剂                          0.05～0.1份。

2.   根据权利要求1所述的改性纳米硅溶胶罩面清漆，其特征在于，所述清漆由下列重量份的组分组成：
乳液                                25-35份
纳米硅溶胶                          15-25份
去离子水                            40～50份
润湿剂                              0.2～0.3份
成膜助剂                            1～2份
防冻剂                              1～2份
防腐杀菌剂                          0.05～0.1份。

3.   根据权利要求1或2所述的改性纳米硅溶胶罩面清漆，其特征在于，所述纳米硅溶胶是以SiO2为基本单位在水中的分散体，其分子式为H2SiO3，粒径为10～20nm，pH值为8.5～10。

4.   根据权利要求3所述的改性纳米硅溶胶罩面清漆，其特征在于，所述乳液为硅丙乳液。

5.   改性纳米硅溶胶罩面清漆，其特征在于，所述清漆由下列重量份的组分组成：
乳液                                20-35份
纳米硅溶胶                          15-35份
去离子水                            40～50份
润湿剂                              0.1～0.3份
成膜助剂                            1～2份
防冻剂                              1～2份
防腐杀菌剂                          0.05～0.1份
偶联剂                              0.1～0.3份
稳定剂                              0.15～0.35份。

6.   根据权利要求5所述的改性纳米硅溶胶罩面清漆，其特征在于，所述清漆由下列重量百分比的组分组成：
乳液                                25-35份
纳米硅溶胶                          15-25份
去离子水                            40～50份
润湿剂                              0.2～0.3份
成膜助剂                            1～2份
防冻剂                              1～2份
防腐杀菌剂                          0.05～0.1份
偶联剂                              0.1～0.3份
稳定剂                              0.15～0.35份。

7.   根据权利要求5或6所述的改性纳米硅溶胶罩面清漆，其特征在于，所述纳米硅溶胶是以SiO2为基本单位在水中的分散体，其分子式为H2SiO3，粒径为10～20nm，pH值为8.5～10。

8.   根据权利要求7所述的改性纳米硅溶胶罩面清漆，其特征在于，所述乳液为硅丙乳液，偶联剂为硅氧烷类偶联剂。

9.   权利要求1～4任一项所述的改性纳米硅溶胶罩面清漆的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将去离子水、润湿剂、防冻剂依次加入烧杯中，搅拌均匀；
（2）在上述搅拌均匀的溶液中缓慢加入成膜助剂，并提高搅拌速度至700～800r/m，搅拌均匀；
（3）在低速搅拌的条件下，加入乳液和防腐杀菌剂；
（4）在低速搅拌的条件下，加入纳米硅溶胶，即得产品。

10.   权利要求5～8任一项所述的改性纳米硅溶胶罩面清漆的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将去离子水、润湿剂、防冻剂、稳定剂、偶联剂依次加入烧杯中，搅拌均匀；
（2）在上述搅拌均匀的溶液中缓慢加入成膜助剂，并提高搅拌速度至700～800r/m，搅拌均匀；
（3）在低速搅拌的条件下，加入乳液和防腐杀菌剂；
（4）在低速搅拌的条件下，加入纳米硅溶胶，即得产品。

说明书改性纳米硅溶胶罩面清漆及其制备方法
技术领域
 本发明具体涉及一种改性纳米硅溶胶罩面清漆及其制备方法。
背景技术
纳米硅溶胶是以SiO2为基本单位在水中的分散体，其分子式为H2SiO3，胶团粒径细微，粒径范围一般在5～40nm。硅溶胶可随水分蒸发而一次沉积并能通过强大的表面能而相互结合形成-Si-O-Si-的高硬度涂膜。其涂膜具有优良的耐候、耐水、耐污和耐燃性，但强度差，不能随基体膨胀而膨胀，易开裂，单独不成膜，无拉伸强度。在涂料工业中，可用作建筑涂料的成膜物质，如可用作复层建筑涂料主层涂料的成膜物质和木器涂料，也可用于某些乳胶漆以提高硬度和耐污性等。
硅溶胶涂料是目前最具发展前途的环保型建筑涂料之一。施工后，随着水分的挥发，SiO2粒子间能形成牢固的-Si-O-Si-键，但当硅溶胶常温固化成膜时，往往存在裂纹、内部微孔等致命缺陷，所以常常与有机单体聚合或有机高分子乳液混合制得有机-无机复合型涂料。由于硅溶胶粒径尺寸较小，比表面积和表面张力较大，表面电荷分布不均，极易吸附而发生团聚，所以硅溶胶与有机单体共聚前都要对硅溶胶进行表面改性，聚合体系pH值对硅溶胶稳定性有极大影响，这样一来，使得涂料生产成本提高，生产过程复杂化。
发明内容
本发明的目的在于提供一种改性纳米硅溶胶罩面清漆，解决现有罩面清漆耐水性、耐候性、耐沾污性差，成本高，且施工之后丧失保护涂层能力的问题。
本发明通过下述技术方案实现：
方案一：改性纳米硅溶胶罩面清漆，所述清漆由下列重量份的组分组成：
乳液                                20-35份
纳米硅溶胶                          15-35份
去离子水                            40～50份
润湿剂                              0.1～0.3份
成膜助剂                            1～2份
防冻剂                              1～2份
防腐杀菌剂                          0.05～0.1份。
作为一种优选，所述清漆由下列重量份的组分组成：
乳液                                25-35份
纳米硅溶胶                          15-25份
去离子水                            40～50份
润湿剂                              0.2～0.3份
成膜助剂                            1～2份
防冻剂                              1～2份
防腐杀菌剂                          0.05～0.1份。
进一步地，所述纳米硅溶胶是以SiO2为基本单位在水中的分散体，其分子式为H2SiO3，粒径为10～20nm，pH值为8.5～10。
再进一步地，所述乳液为硅丙乳液。
上述改性纳米硅溶胶罩面清漆制备方法，包括以下步骤：
（1）将去离子水、润湿剂、防冻剂依次加入烧杯中，搅拌均匀；
（2）在上述搅拌均匀的溶液中缓慢加入成膜助剂，并提高搅拌速度至700～800r/m，搅拌均匀；
（3）在低速搅拌的条件下，加入乳液和防腐杀菌剂；
（4）在低速搅拌的条件下，加入纳米硅溶胶，即得产品。
方案二：改性纳米硅溶胶罩面清漆，所述清漆由下列重量份的组分组成：
乳液                                20-35份
纳米硅溶胶                          15-35份
去离子水                            40～50份
润湿剂                              0.1～0.3份
成膜助剂                            1～2份
防冻剂                              1～2份
防腐杀菌剂                          0.05～0.1份
偶联剂                              0.1～0.3份
稳定剂                              0.15～0.35份。
作为一种优选，所述清漆由下列重量百分比的组分组成：
乳液                                25-35份
纳米硅溶胶                          15-25份
去离子水                            40～50份
润湿剂                              0.2～0.3份
成膜助剂                            1～2份
防冻剂                              1～2份
防腐杀菌剂                          0.05～0.1份
偶联剂                              0.1～0.3份
稳定剂                              0.15～0.35份。
进一步地，所述纳米硅溶胶是以SiO2为基本单位在水中的分散体，其分子式为H2SiO3，粒径为10～20nm，pH值为8.5～10。
再进一步地，所述乳液为硅丙乳液，偶联剂为硅氧烷类偶联剂。
上述改性纳米硅溶胶罩面清漆的制备方法，包括以下步骤：
（1）将去离子水、润湿剂、防冻剂、稳定剂、偶联剂依次加入烧杯中，搅拌均匀；
（2）在上述搅拌均匀的溶液中缓慢加入成膜助剂，并提高搅拌速度至700～800r/m，搅拌均匀；
（3）在低速搅拌的条件下，加入乳液和防腐杀菌剂；
（4）在低速搅拌的条件下，加入纳米硅溶胶，即得产品。
本发明具有以下优点及有益效果：
本发明生产及使用过程中对人体无害、无腐蚀，经济性好，此外还具有以下优点：
①比表面积大：胶体粒子维系10～20nm，具有较大的比表面积，分散胶体粒子本身大小接近水分子之间的间隙，本身无色透明，不影响被覆盖物的本色以及具有良好的耐水性。
②粘度低：水能渗透的地方都能渗透，因此和其他物质混合时分散性和渗透性都非常好。
③高附着力：当硅溶胶水分蒸发时，胶体粒子牢固地附着在物体表面，键之间形成硅氧结合，具有较好的粘合剂。
④硅溶胶本身所形成的无机涂层比较脆，且涂层中残留少量的亲水基团和较大的孔隙率。引入乳液后，乳液中的有机高分子均匀地分布在“-Si-O-Si-”无机涂层的间隙中，以有机物特有的较好的弹性弥补硅氧键的韧性不足，屏蔽无机涂层中残存的亲水基团，在冷热交替时使涂层的收缩得到缓冲，并使涂层具有一定弹性，这样不仅可以改善无机材料在成膜后发硬变脆的弊病；同时又避免或减轻了有机材料易老化、不耐沾污、耐热性差等问题。
⑤本发明最突出的优势是通过乳液、不同乳胶比（乳液与纳米硅溶胶的比值）、偶联剂、稳定剂成功解决改性改性纳米硅溶胶罩面清漆易破乳，凝胶而导致的不具有施工应用的难题，具有良好的贮存稳定性。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的实施方式并不限于此。
实施例1
改性纳米硅溶胶罩面清漆，所述清漆由下列组分组成：乳液、纳米硅溶胶、去离子水、润湿剂、成膜助剂、防冻剂、防腐杀菌剂。各组分具体重量份如下：
方案A：乳液30份、纳米硅溶胶25份、去离子水44份、润湿剂0.25份、成膜助剂1.5份、防冻剂1.5份、防腐杀菌剂0.05份。
方案B：乳液25份、纳米硅溶胶20份、去离子水48份、润湿剂0.2份、成膜助剂1.2份、防冻剂1.8份、防腐杀菌剂0.08份。
方案C：乳液20份、纳米硅溶胶15份、去离子水40份、润湿剂0.3份、成膜助剂2份、防冻剂1份、防腐杀菌剂0.1份。
方案D：乳液35份、纳米硅溶胶35份、去离子水50份、润湿剂0.3份、成膜助剂1份、防冻剂2份、防腐杀菌0.09份。
方案E：乳液28份、纳米硅溶胶30份、去离子水45份、润湿剂0.1份、成膜助剂1.8份、防冻剂1.3份、防腐杀菌剂0.06份。
方案F：乳液22份、纳米硅溶胶18份、去离子水42份、润湿剂0.15份、成膜助剂1.3份、防冻剂1.1份、防腐杀菌剂0.07份。
方案G：乳液34份、纳米硅溶胶32份、去离子水49份、润湿剂0.25份、成膜助剂1.6份、防冻剂1.6份、防腐杀菌剂0.075份。
上述各方案的改性纳米硅溶胶罩面清漆的制备方法相同，具体如下：
（1）将去离子水、润湿剂、防冻剂依次加入烧杯中，搅拌均匀；
（2）在上述搅拌均匀的溶液中缓慢加入成膜助剂，并提高搅拌速度至700～800r/m，搅拌均匀；
（3）在低速搅拌的条件下，加入乳液和防腐杀菌剂；
（4）在低速搅拌的条件下，加入纳米硅溶胶，即得产品。
其中，纳米硅溶胶是以SiO2为基本单位在水中的分散体，其分子式为H2SiO3，胶团粒径细微，粒径范围在10～20nm，pH值为8.5～10之间，SiO2固含量为10～40%，Na2O含量为0.3-0.4%，密度为1.12-1.14g/ml。
值得注意的是，硅溶胶和乳液两者都是借助扩散双电层来保持自身的稳定，pH值的改变会直接导致扩散双电层的破坏，混合时要先测两者的pH值，只有两者pH值相近时才可以直接拼混；改性改性纳米硅溶胶罩面清漆pH值在8～11之间，有一个比较稳定的区域，pH值超过11，贮存稳定性下降得较快。鉴于这种情况，将复合涂料的pH值调到8～11的范围内，有利于涂料的稳定贮存。倘若pH不在8～11范围内，那么极易出现破乳、凝胶，交联度过高或过低的问题。故而本发明值得的清漆pH值限定在8～11之间。
对上述各方案制得的产品进行检测，检测结果见表1：
表1
检测项目 方案A 方案B 方案C 方案D 方案E 方案F 方案G 在容器中状态 无硬块，搅拌后呈均匀状态 无硬块，搅拌后呈均匀状态 无硬块，搅拌后呈均匀状态 无硬块，搅拌后呈均匀状态 无硬块，搅拌后呈均匀状态 无硬块，搅拌后呈均匀状态 无硬块，搅拌后呈均匀状态 施工性 刷涂两道无障碍 刷涂两道无障碍 刷涂两道无障碍 刷涂两道无障碍 刷涂两道无障碍 刷涂两道无障碍 刷涂两道无障碍 涂膜外观 正常 正常 正常 正常 正常 正常 正常 干燥时间（表干）/h≤ 2 2 2 2 2 2 2 pH值 8.5 8.6 8.5 8.8 8.7 8.6 8.9 细度（μm）≤ 55 55 55 55 55 55 55 粘度（KU/25℃±1°） 62 62 62 62 62 62 62 光泽（60°） 11 11.3 11.5 11.2 11.1 11.7 11.5 附着力 1级 1级 1级 1级 1级 1级 1级 耐水性 168h无泛白、起泡、脱落 168h无泛白、起泡、脱落 168h无泛白、起泡、脱落 168h无泛白、起泡、脱落 168h无泛白、起泡、脱落 168h无泛白、起泡、脱落 168h无泛白、起泡、脱落 耐碱性 无异常 无异常 无异常 无异常 无异常 无异常 无异常 耐人工老化 600h不起泡、不剥落、无裂纹 600h不起泡、不剥落、无裂纹 600h不起泡、不剥落、无裂纹 600h不起泡、不剥落、无裂纹 600h不起泡、不剥落、无裂纹 600h不起泡、不剥落、无裂纹 600h不起泡、不剥落、无裂纹 硬度 H H 2H H 2H 2H H 储存稳定性 1年稳定 1年稳定 1年稳定 半年凝胶 半年凝胶 1年稳定 半年凝胶 耐黄变 8h黄变 7h黄变 8h黄变 4h黄变 5h黄变 8h黄变 5h黄变 耐沾污≤15% 9% 9% 9.2% 10% 9.2% 9.2% 9%
实施例2
改性纳米硅溶胶罩面清漆，所述清漆由下列组分组成：乳液、纳米硅溶胶、去离子水、润湿剂、成膜助剂、防冻剂、防腐杀菌剂、偶联剂、稳定剂。各组分具体重量份如下：
方案A：乳液31份、纳米硅溶胶24份、去离子水46份、润湿剂0.21份、成膜助剂1.48份、防冻剂1.32份、防腐杀菌剂0.05份、偶联剂0.15份、稳定剂0.2份。
方案B：乳液27份、纳米硅溶胶18份、去离子水42份、润湿剂0.14份、成膜助剂1.1份、防冻剂1.4份、防腐杀菌剂0.07份、偶联剂0.22份、稳定剂0.15份。
方案C：乳液22份、纳米硅溶胶15份、去离子水41份、润湿剂0.11份、成膜助剂1份、防冻剂1份、防腐杀菌剂0.1份、偶联剂0.3份、稳定剂0.21份。
方案D：乳液35份、纳米硅溶胶35份、去离子水50份、润湿剂0.3份、成膜助剂1份、防冻剂2份、防腐杀菌0.09份、偶联剂0.1份、稳定剂0.2份。
方案E：乳液26份、纳米硅溶胶29份、去离子水45份、润湿剂0.1份、成膜助剂1.8份、防冻剂1.3份、防腐杀菌剂0.06份、偶联剂0.27份、稳定剂0.35份。
方案F：乳液22份、纳米硅溶胶18份、去离子水42份、润湿剂0.15份、成膜助剂1.55份、防冻剂1.72份、防腐杀菌剂0.07份、偶联剂0.25份、稳定剂0.3份。
方案G：乳液35份、纳米硅溶胶20份、去离子水49份、润湿剂0.25份、成膜助剂1.6份、防冻剂1.6份、防腐杀菌剂0.075份、偶联剂0.18份、稳定剂0.33份。
（1）将去离子水、润湿剂、防冻剂、稳定剂、偶联剂依次加入烧杯中，搅拌均匀；
（2）在上述搅拌均匀的溶液中缓慢加入成膜助剂，并提高搅拌速度至700～800r/m，搅拌均匀；
（3）在低速搅拌的条件下，加入乳液和防腐杀菌剂；
（4）在低速搅拌的条件下，加入纳米硅溶胶，即得产品。
其中，纳米硅溶胶是以SiO2为基本单位在水中的分散体，其分子式为H2SiO3，胶团粒径细微，粒径范围在10～20nm，pH值为8.5～10之间，SiO2固含量为10～40%，Na2O含量为0.3-0.4%，密度为1.12-1.14g/ml。
值得注意的是，硅溶胶和乳液两者都是借助扩散双电层来保持自身的稳定，pH值的改变会直接导致扩散双电层的破坏，混合时要先测两者的pH值，只有两者pH值相近时才可以直接拼混；改性改性纳米硅溶胶罩面清漆pH值在8～11之间，有一个比较稳定的区域，pH值超过11，贮存稳定性下降得较快。鉴于这种情况，将复合涂料的pH值调到8～11的范围内，有利于涂料的稳定贮存。倘若pH不在8～11范围内，那么极易出现破乳、凝胶，交联度过高或过低的问题。故而本发明值得的清漆pH值限定在8～11之间。
对上述各方案制得的产品进行检测，检测结果见表2：
表2
检测项目 方案A 方案B 方案C 方案D 方案E 方案F 方案G 在容器中状态 无硬块，搅拌后呈均匀状态 无硬块，搅拌后呈均匀状态 无硬块，搅拌后呈均匀状态 无硬块，搅拌后呈均匀状态 无硬块，搅拌后呈均匀状态 无硬块，搅拌后呈均匀状态 无硬块，搅拌后呈均匀状态 施工性 刷涂两道无障碍 刷涂两道无障碍 刷涂两道无障碍 刷涂两道无障碍 刷涂两道无障碍 刷涂两道无障碍 刷涂两道无障碍 涂膜外观 正常 正常 正常 正常 正常 正常 正常 干燥时间（表干）/h≤ 2 2 2 2 2 2 2 pH值 8.5 8.6 8.7 8.9 8.5 8.6 8.8 细度（μm）≤ 55 55 55 55 55 55 55 粘度（KU/25℃±1°） 62 62 62 62 62 62 62 光泽（60°） 12 12.1 12.2 12 12.3 12.4 12.3 附着力 0级 0级 0级 0级 0级 0级 0级 耐水性 168h无泛白、起泡、脱落 168h无泛白、起泡、脱落 168h无泛白、起泡、脱落 168h无泛白、起泡、脱落 168h无泛白、起泡、脱落 168h无泛白、起泡、脱落 168h无泛白、起泡、脱落 耐碱性 无异常 无异常 无异常 无异常 无异常 无异常 无异常 耐人工老化 600h不起泡、不剥落、无裂纹 600h不起泡、不剥落、无裂纹 600h不起泡、不剥落、无裂纹 600h不起泡、不剥落、无裂纹 600h不起泡、不剥落、无裂纹 600h不起泡、不剥落、无裂纹 600h不起泡、不剥落、无裂纹 硬度 3H 3H 3H 3H 3H 3H 3H 储存稳定性 1年稳定 1年稳定 1年稳定 1年稳定 1年稳定 1年稳定 1年稳定 耐黄变 8h无异常 8h无异常 8h无异常 8h无异常 8h无异常 8h无异常 8h无异常 耐沾污≤15% 8.1% 8.2% 8.3% 8.4% 8.5% 8.1% 8%
通过对比表1和表2可知，加入了偶联剂和稳定剂，更有助于乳液与纳米硅溶胶发生交联反应，形成稳定性更好的悬浮液。使得本发明的清漆性能更加优异。
应当说明的是，以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。